ワイドギャップ半導体SiCを用いたMOS構造における界面電子物性の解明

使用宽带隙半导体 SiC 阐明 MOS 结构中的界面电子特性

• 批准号: 09J10165
• 负责人: 岡本 大
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J10165/
• 关键词: シリコンカーバイド; MOS界面; MOSFET; チャネル移動度; 界面準位; 酸化膜トラップ

シリコンカーバイド(SiC)を用いた低損失電力変換素子は、二酸化炭素25%削減を達成し、低炭素社会を目指していくための必須技術である。本研究では、大電力を高速かつ高効率で変換・制御するSiCパワーエレクトロニクスの実現に向けての最大の課題である、SiO_2酸化膜とSiCとの界面に存在する高密度の界面欠陥を詳細に解析し、良質な界面構造を実現することを目的としている。平成22年度においては、これまで問題となっていた、SiO_2/SiC構造における界面準位密度を低減させる全く新しい手法として、POCl_3アニール法を提案し、界面準位が大幅に低減できることが明らかになった。そこで、この手法を用いてSiC MOSFETを作製したところ、チャネル移動度を89cm^2/Vsまで向上することができた。これまでの標準的な値の3倍である。このように、高いチャネル移動度を得ることができたため、引き続き、そのメカニズムについて調べる研究を行った。まず、熱刺激電流測定などの低温での電気測定を用いて、界面近傍の酸化膜トラップ(NIT)の存在について調べた。その結果、POCl_3アニールを行うことによって、NITの密度が大幅に低減できていることが明らかになった。物理的なメカニズムを明らかにするため、X線光電子分光法による解析を行ったところ、PがSiO_2中に導入されることにより、酸化膜ネットワークの打開が生じ、構造緩和が起こっていることが示唆された。これにより、低い界面準位密度と高いチャネル移動度が実現できたと考えられる。

使用碳化硅（SIC）的低损失功率转化元件是实现二氧化碳降低25％并瞄准低碳社会的必不可少的技术。这项研究旨在通过对SIO_2氧化物膜和SIC之间界面上存在的高密度界面缺陷的详细分析来实现高质量的界面结构，这是实现SIC功率电子设备的最大挑战，该挑战是在高速且有效地转换和控制大功率。在2010财年中，提出了POCL_3退火方法，作为一种全新的方法，用于降低SIO_2/SIC结构中界面态的密度，这一直是一个问题，直到现在，界面状态可以显着降低。因此，当使用此技术制造SIC MOSFET时，通道迁移率可以增加到89cm^2/vs。到目前为止，它是标准值的三倍。因此，实现了高通道的迁移率，研究继续研究该机制。首先，我们使用低温电测量值（例如热刺激电流测量值）研究了界面附近氧化膜陷阱（NIT）的存在。结果，可以通过执行POCL_3退火来显着降低NIT的密度。为了阐明物理机制，通过X射线光电子光谱进行了分析，并建议将P引入SIO_2中，从而破坏了氧化物膜网络，从而导致结构放松。人们认为这导致界面状态密度低和高通道迁移率。

项目成果

Systematic Investigation of Interface Properties in 4H-SiC MOS Structures Prepared by Over-Oxidation of Ion-Implanted Substrates

离子注入衬底过度氧化制备的 4H-SiC MOS 结构界面特性的系统研究

• 发表时间: 2010
• 期刊: Materials Science Forum 645-648
• 作者: Takahashi;K.;Fukuda;H.;Ikeda;H.;Doi;H.;Watanabe;K.;Ueda;K.;Shinohara;D.Okamoto;池田華子・福井隆雄・互恵子・高田定樹・渡邊克巳;D.Okamoto
• 通讯作者: D.Okamoto

リンドープSiO_2/4H-SiC界面欠陥の解析

磷掺杂SiO_2/4H-SiC界面缺陷分析

• 发表时间: 2010
• 作者: 渡邊克巳;池田華子;坪見博之;池田華子・福井隆雄・互恵子・高田定樹・渡邊克己;岡本大
• 通讯作者: 岡本大

SiO_2/SiC界面へのリンの導入による高チャネル移動度4H-SiC MOSFETの作製

SiO_2/SiC界面引入磷制备高沟道迁移率4H-SiC MOSFET

• 发表时间: 2009
• 作者: Tanaka;S.;Kato;R.;Hanakawa;T.;Ikeda;H.;Kasahara;K.;Hosoda;C.;Mori;M.;Honda;M.;Watanabe;K.;岡本大;岡本大
• 通讯作者: 岡本大

Improved Inversion Channel Mobility in Si-face 4H-SiC MOSFETs by Phosphorus Incorporation Technique

通过磷掺入技术提高 Si 面 4H-SiC MOSFET 的反转沟道迁移率

• 发表时间: 2010
• 期刊: Materials Research Society Symposia Proceedings
• 作者: 大平豊;丹司敬義;D.Okamoto
• 通讯作者: D.Okamoto

Electrical Properties of C-face 4H-SiC MOS Devices Fabricated by NO Direct Oxidation

NO直接氧化法制备C面4H-SiC MOS器件的电学性能

• 发表时间: 2009
• 作者: Tanaka;S.;Kato;R.;Hanakawa;T.;Ikeda;H.;Kasahara;K.;Hosoda;C.;Mori;M.;Honda;M.;Watanabe;K.;岡本大;岡本大;岡本大;岡本大;岡本大;岡本大;岡本大;岡本大
• 通讯作者: 岡本大